JP4575769B2 - プロピレン・ベースのシーラント組成物および応用 - Google Patents

Description

本発明は、エチレンとアクリル酸アルキルの共重合体、およびプロピレンとα−オレフィンの共重合体を含むシーラント（ｓｅａｌａｎｔ）組成物に関する。本発明はまた、かかる組成物を含むシーラント層を有する多層フィルムおよびパッケージング（ｐａｃｋａｇｉｎｇ）に関する。

パッケージング工業では、製品が、プラスチックフィルムまたは剛性プラスチックパッケージに包装され、次にそれがヒートシール（ｈｅａｔ ｓｅａｌｅｄ）されることが通常である。パッケージを形成するフィルムは通常、基材層およびシーラント層を含む。シーラント層は、フィルムの一番上の層であり、包装されるアイテムと直接接触する。シールは、貯蔵および運搬の間、密封特性を維持するために十分な機械的抵抗を有していなければならない。このシール強度は通常、１５ミリメートルあたりのニュートン（Ｎｅｗｔｏｎ）（Ｎ／１５ｍｍ）で評価され、１５ｍｍ幅のシールされたフィルムを開口するのに必要な力に対応する。通常、シール強度は、それより高い温度ではフィルムを破壊せずにシールを開口することができない温度まで、シーリング温度と共に増大する。

しかし、工業界では、これらのパッケージング・フィルムが、高速度機械パッケージングに適することが望まれている。この見地から、パッケージング機械のより速いパッケージング・ライン速度を可能にするために、比較的低い温度でシールすることができるシーラント層を提供することが有用である。ある種の応用分野では、十分なシール強度（この十分な強度を、例えば１Ｎ／１５ｍｍに設定することができる）を可能にする最低の温度は、シール開始温度（ＳＩＴ）と呼ばれている。したがって、比較的低いヒートシール開始温度を示すシーラント層を有することは有用であろう。

さらに、ヒートシール段階の後、冷却に伴いパッケージングのシール強度が増大することが観察される。通常、最終的なシール強度のうちの大きな割合が、数ミリ秒の後に得られる。しかし、パッケージング・ラインに使用される高速度機械のため、パッケージングが、冷却される前に、ラインで層間はく離しないように、ヒートシール段階の直後に適切なシール強度に達することが必要である。この特性は、ホットタック（ｈｏｔ ｔａｃｋ）と呼ばれている。したがって、良好なホットタックを示すシーラント層を有することは有用であろう。

米国特許公報（特許文献１）は、プロピレン−エチレン共重合体とエチレン−アクリル酸アルキル共重合体との混合物から作製されているフィルムを記載しており、混合物中のアクリル酸アルキルが最低量の場合、良好なＲＦシーリング特性を示す。

米国特許第５，２７２，２１０号明細書

しかし、比較的低いヒートシール開始温度、良好なヒートシール強度、および良好なホットタックを有する、パッケージング・フィルム用のシーラント層のニーズが依然としてある。

さて、驚くべきことに、一つの特定のモノマーの特定の量を有する、ポリマーの２種の特定のタイプの組合せが、ヒートシール強度、シール開始温度、およびホットタックに関して優れた特性を示すシーラント組成物になることが見出された。

本発明の第１の態様は、ｉ）少なくとも、プロピレンとα−オレフィンの共重合体、および、ｉｉ）少なくとも、エチレンとアクリル酸アルキルの共重合体を含むシーラント組成物であって、アクリル酸アルキルが、シーラント組成物の重量に対して、約１〜９重量パーセント未満の範囲の量で存在するシーラント組成物である。

本発明の別の態様は、少なくとも１つの基材層、および上記シーラント組成物を含む少なくとも１つのシーラント層を含む多層フィルムである。

本発明の別の態様は、シーラント組成物、または上記フィルムを含むパッケージングである。

本発明のシーラント組成物は、大幅に低下したヒートシール開始温度を有する。本発明のフィルムは、低いシール開始温度を示し、それは、このフィルムから作製されるパッケージが、以前に比べて、より低い温度でシールできることを意味する。これは、それぞれの作業が迅速でなければならない工業プロセスにおいて特に重要である。シール開始温度を低下させることにより、包装ラインのサイクルタイムを改善することができる。シール開始温度を低下させることは、チョコレートのような熱感度が高い製品を包装する場合、やはり非常に重要である。

本発明のシーラント組成物によって、良好なシール強度を示すフィルムを製造することが可能である。具体的には、このフィルムは、以下の実施例に記載したように測定して、５Ｎ／１５ｍｍを超えるシール強度を示す。

本発明のフィルムはまた、良好なホットタックを示し、高速度機械パッケージングを可能にする。

本発明のフィルムは、穀類、チョコレート、肉、スープのパッケージングのような、食品パッケージングに使用することができる。

本発明のシーラント組成物は、少なくともプロピレンとα−オレフィンの共重合体を含む。本明細書では、プロピレンとα−オレフィンの共重合体により、プロピレンとα−オレフィンから選択される１種のモノマーの共重合体、または、プロピレンとα−オレフィンから選択される２種の異なるモノマーの三元重合体を意味する。適切なα−オレフィンには、エチレンおよびブテンが含まれる。

プロピレンとα−オレフィンの共重合体は、ＡＳＴＭ Ｄ ３４１８に従ってＤＳＣ（示差走査熱量計）で測定して、１５５℃未満の融点を示すことが好ましい。好適な共重合体には、プロピレンとエチレンのランダム共重合体、並びに、プロピレン、エチレン、およびブテンの三元重合体が含まれる。

かかる共重合体は、当業者に知られている。本発明に使用するのに適切なプロピレンとエチレンのランダム共重合体は、バセル（Ｂａｓｅｌｌ）社から商標「モプレン（Ｍｏｐｌｅｎ）ＲＰ ２１０Ｍ」、または、ボリアリス（Ｂｏｒｅａｌｉｓ）社から商標「Ｒｅ ２３９ ＣＦ」の下で市販の製品である。エチレン、プロピレン、およびブテンの適切な三元重合体は、バセル社から商標「アドシル（Ａｄｓｙｌ）５Ｃ ３９Ｆ」の下で市販の製品である。

プロピレンとα−オレフィンの共重合体は、シーラント組成物の重量に対して、シーラント組成物中に約６０％〜約９９重量％の量で存在することが好ましい。

シーラント組成物はまた、少なくともエチレンとアクリル酸アルキルの共重合体を含む。

本発明に有用なエチレンとアクリル酸アルキルの共重合体は、共重合体の重量に対して、アクリル酸アルキルのモノマーの重量で約１〜約４０％、より好ましくは約１０〜３０％を含むことが好ましい。本発明に適切なアクリル酸アルキルには、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、およびアクリル酸ブチルが含まれる。好適なアクリル酸アルキルは、アクリル酸メチルおよびアクリル酸ブチルである。

かかる製品は、当業者によく知られている。本発明に使用するのに適切なエチレンとアクリル酸アルキルの共重合体は、本願特許出願人から商標エルバロイ（Ｅｌｖａｌｏｙ）（登録商標）ＡＣの下で市販の製品である。

エチレンとアクリル酸アルキルの共重合体は、モノマーのアクリル酸アルキルが、シーラント組成物の重量に対して、約１〜９重量％未満の範囲の量でシーラント組成物中に存在するような量でシーラント組成物中に存在し、より好ましくは、モノマーのアクリル酸アルキルの量が約１〜約６％の範囲にある。モノマーのアクリル酸アルキルの量が、シーラント組成物の全体重量に対して、９重量％以上である場合、組成物のシール強度が、タイトなパッケージングに不適切な値にまで劇的に下がることが観察された。

シーラント組成物は、スリップ剤、粘着防止剤、および／またはこれらの混合物を含む添加剤を含んでもよい。かかる添加剤は、シーラント層の全重量に対して、約０．１％〜約１重量％の範囲の量でシーラント組成物中に存在することができる。

シーラント組成物は、任意の押出方法により、例えば次の方法で調製することができる。塩と胡椒混合物のように、ペレットの形の構成成分を単に混合することにより、ブレンドを調製する。次にこのブレンドを押出機中で化合し、造粒する。あるいはまた、ペレット・ブレンドを、混合させずに、フィルム加工押出機に供給してもよい。

本発明のシーラント組成物は、多層フィルムのシーラント層として使用することができる。シーラント層は、通常約１〜約１００ミクロン、好ましくは約２〜約１０ミクロンの範囲の厚さを有する。かかる多層フィルムは、少なくとも基材層を含む。

本発明の好適な実施形態では、基材層は、少なくとも１種のプロピレン・ベースのポリマーを含む。このポリマーは、プロピレンのホモポリマー、または、プロピレンと１種もしくはそれ以上のコモノマーの共重合体、あるいは、これらの混合物でよい。

本発明の好適な実施形態では、プロピレン・ベースのポリマーは、プロピレンのホモポリマーである。

かかるポリマーは、当業者に知られている。本発明に使用するのに適切なプロピレン・ベースのポリマーは、バセル社から商標「モプレンＸ ３０Ｓ」の下で市販の製品である。

基材層は通常、安定化剤、酸化防止剤、帯電防止剤、染料もしくは顔料、充填材、加工助剤、例えば剥離剤、および／またはこれらの混合物を含む添加剤を含むことができる。これらの添加剤は、基材層の重量に対して、基材層中に約２０重量％未満の量まで存在することができる。

基材層は一般に、約１０〜約１０００ミクロン、好ましくは約１５〜約３５ミクロンの厚さを有する。

本発明の多層フィルムはまた、タイ層（ｔｉｅ ｌａｙｅｒ）またはバリヤー層（ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｙｅｒ）などの追加の層を含むことができる。適切なタイ層は、ポリプロピレン・ベースの接着剤を含む層である。適切なバリヤー層は、ポリアミドまたはエチレン・ビニルアルコール・ベースの層である。

本発明の多層フィルムは、キャスト−フィルム共押出（ｃｏ−ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）、キャスト−シート共押出、インフレート・フィルム（ｂｌｏｗｎ ｆｉｌｍ）共押出により、またはラミネーションにより、調製することができる。キャストフィルムおよびインフレート・フィルムは、二軸延伸である場合がある。

本発明のシーラント組成物はまた、ふたパッケージングのシーラント層として使用することができる。例えば、シーラント層を、二軸延伸ポリエステルまたは二軸延伸ポリプロピレンふたの上に、あるいは、アルミニウムふたの上に積層することができる。

本発明のパッケージングは、フィルムから製造されるかかるパッケージングの典型的な調製方法により、調製することができる。

本発明は、以下の実施例でさらに説明される。

（成分の説明）
後述の実施例で使用される材料は次の通りであり、それぞれの商標および商品名により識別される。
ＰＰ １：ＡＳＴＭ Ｄ ３４１８に従い測定して１４８℃の融点を有する、プロピレンとエチレンのランダム共重合体、商品名モプレン（登録商標）ＲＰ ２１０Ｍでバセル社から市販
ＰＰ ２：ＡＳＴＭ Ｄ ３４１８に従い測定して１４０℃の融点を有する、プロピレンとエチレンのランダム共重合体、商品名ＲＥ ２３９ ＣＦでボリアリス社から市販
ＰＰ ３：ＡＳＴＭ Ｄ ３４１８に従い測定して１３９℃の融点を有する、プロピレン、エチレンおよびブテンの三元重合体、商品名アドシル（登録商標）５Ｃ ３９ Ｆでバセル社から市販
ＥＢＡ １：メルトインデックス４を有する、商品名エルバロイ（登録商標）ＡＣ ３４２７の下で本願特許出願人から市販のエチレンと２７％のアクリル酸ブチルの共重合体
ＥＢＡ ２：メルトインデックス７を有する、商品名エルバロイ（登録商標）ＡＣ ３７１７の下で本願特許出願人から市販のエチレンと１７％のアクリル酸ブチルの共重合体
ＥＢＡ ３：メルトインデックス２を有する、商品名エルバロイ（登録商標）ＡＣ ３２１７の下で本願特許出願人から市販のエチレンと１７％のアクリル酸ブチルの共重合体
ＥＭＡ １：メルトインデックス８を有する、商品名エルバロイ（登録商標）ＡＣ １８２０の下で本願特許出願人から市販のエチレンと２０％のアクリル酸メチルの共重合体
ＥＭＡ ２：メルトインデックス２を有する、商品名エルバロイ（登録商標）ＡＣ １２２４の下で本願特許出願人から市販のエチレンと２４％のアクリル酸メチルの共重合体

上記ＥＢＡおよびＥＭＡ化合物のメルトインデックス（ＭＩ）は、ＡＳＴＭ Ｄ １２３８に従い１９０℃／２．１６ｋｇで測定した。

シーラント層用の次の組成物（下記表ＩおよびＩＩにリストされた１〜２３）を調製した。全ての量は、シーラント層の全体重量に対する重量部である。

組成物１および２は、エチレンとアクリル酸アルキルのいかなる共重合体も含まず、比較例の組成物である。組成物１９は、９％を超えるアクリル酸ブチルを含み、やはり比較例の組成物である。組成物３〜１８および２０〜２３は、本発明による組成物である。

上記リストしたそれぞれの組成物に対し、次の構造のフィルムを調製した。
− シーラント層１０ミクロン／基材層２５ミクロン／シーラント層１０ミクロン

ここで、シーラント層は、組成物から作製されており、基材層は、商品名モプレンＸ３０Ｓの下でバセル社から市販のプロピレンのホモポリマー１００％から作製されている。

それぞれのフィルムは、デイビススタンダード（Ｄａｖｉｓ Ｓｔａｎｄａｒｄ）からのキャストフィルムパイロットラインの共押出により、製造した。プロピレン・モプレンのホモポリマーを押出機Ａ（２．５インチ直径）の中に導入することにより、基材層を調製した。約５分間、コンクリートミキサの中に異なる構成成分のペレットをブレンドすることにより、シーラント層を調製した。こうして調製したブレンドを、押出機Ｂ（４．５インチ直径）および押出機Ｃ（２．５インチ押出機）のホッパーの中に導入した。３機の押出機を、供給ブロックおよび幅８００ｍｍのＴ溝ダイに連結した。供給部から計量部までの全ての押出機の中の温度は、１８０℃、２００℃、２２０℃、２３０℃、および２４０℃に設定した。連結管、供給ブロック、およびダイは、２４０℃の温度に設定した。水で１２℃に冷却したキャスティング・ロール上で溶融カーテンを冷却し、固化させた。フィルムを、１０メートル／分で製造し、端部を切り離した後に巻きとった。

（サンプルの調製）
サンプルは、次のように調製した。１５ｍｍ幅のストリップを、調製されたキャストフィルムから縦方向にカットした。センチネル・ヒートシーラ・パッケージング・インダストリー（Ｓｅｎｔｉｎｅｌ Ｈｅａｔ Ｓｅａｌｅｒ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ）１６７１上で、上部の加熱横棒および下部の可撓性横棒を用いて、サンプルをヒートシールした。それぞれのサンプルは、圧力２．５バール、停滞時間０．６秒で、それ自体の上にシールされた。加熱された横棒へのポリマーの焼付を回避するため、１２μのポリエステルフィルム（商品名マイラー（Ｍｙｌａｒ）（登録商標）の下で本願特許出願人から市販）でそれぞれのサンプルを覆った。

（テスト）
（ヒートシール強度試験）
２３℃および５０％の相対湿度で２４時間コンディショニングした後、調製されたシールの強度を測定した。シール強度は、ツヴィックＺ ２．５引張り試験機（Ｚｗｉｃｋ Ｚ ２．５ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｔｅｓｔｅｒ）で、１００ｍｍ／分に設定された引き出し速度で測定した。

示される値は、Ｎ／１５ｍｍ単位で得られ、少なくとも３回の測定の平均である。

（シール開始温度（ＳＩＴ））
シール開始温度（ＳＩＴ）は、測定されたシール強度が１Ｎ／１５ｍｍである温度である。組成物について測定されたＳＩＴを、次の表に集めた。

組成物３〜５、１５および２０は、組成物１と比較されるものである。組成物９〜１１は、組成物２と比較されるものである。エチレンとアクリル酸ブチルの共重合体、またはエチレンとアクリル酸メチルの共重合体を加えることにより、シール開始温度が大幅に低下した。

（最高のシール強度（ＭＳＳ））
最高シール強度（ＭＳＳ）は、１６０℃までのシーリング温度範囲において、与えられたフィルムに対し測定された最も高い強度値である。組成物について測定された最高のシール強度（Ｎ／１５ｍｍ単位のＭＳＳ）を、次の表に集めた。

この表から分かるように、本発明による組成物の最高シール強度は、非常に良好である。どの場合も、最高シール強度が５Ｎ／１５ｍｍ以上である。これに反して、組成物１９は、９重量％を超えるアクリル酸ブチルを含むが、わずか２Ｎ／１５ｍｍの最高シール強度値を示す。かかる最高シール強度では、タイトなパッケージングを実現するのは不可能である。最高シール強度２Ｎ／１５ｍｍの場合、輸送の間、シールが開口するおそれがある。

（ホットタック）
組成物１２、および、１００％のＰＰ ２を含む組成物（比較例の組成物２４）について、パックフォースク（Ｐａｃｋｆｏｒｓｋ）（スウェーデン）からのＤＴＣホットタック試験装置モデル５２ Ｂ ＳＮ ０１２（ＤＴＣ Ｈｏｔ Ｔａｃｋ Ｔｅｓｔｅｒ Ｍｏｄ．５２ Ｂ ＳＮ ０１２）を使用して、ホットタックを測定した。１５ｍｍ幅のストリップを、それぞれのフィルムからカットし、装置に導入した。２個の加熱された横棒を使用して、圧力３バール、停滞時間０．５秒で、それらをシールした。このシーリングステップから０．２秒後に、ツヴィックＺ ２．５引張り試験機で１５０ｍｍ／分の引き出し速度で、暖かいシールのシール強度を測定した。測定された最高ホットタック値を、次の表に集めた。

これらの結果から分かるように、エチレンとアクリル酸ブチルの共重合体をプロピレンとエチレンの共重合体の組成物中に導入することが、最高ホットタックを約２６％増大させた。

Claims (5)

1. ｉ）少なくとも、プロピレンとα−オレフィンの共重合体、および、
   ｉｉ）少なくとも、エチレンとアクリル酸アルキルの共重合体
   を含む組成物のヒートシールによるシーラントとしての使用方法であって、
   前記アクリル酸アルキルが、多層フイルムのシーラント層として、前記組成物の重量に対して、１重量パーセント以上９重量パーセント未満の量で存在し、前記多層フイルムが少なくとも基材層とシーラント層を含むことを特徴とする使用方法。
2. 前記アクリル酸アルキルが、前記組成物の重量に対して、１〜６重量パーセントの範囲の量で存在することを特徴とする請求項１に記載の使用方法。
3. 前記アクリル酸アルキルが、アクリル酸メチルおよびアクリル酸ブチルから選択されることを特徴とする請求項１に記載の使用方法。
4. プロピレンとα−オレフィンの共重合体が、ＡＳＴＭ Ｄ ３４１８に従い測定して１５５℃未満の融点を示すことを特徴とする請求項１に記載の使用方法。
5. プロピレンとα−オレフィンの共重合体が、プロピレンとエチレンのランダム共重合体、並びに、プロピレン、エチレン、およびブテンの三元重合体から選択されることを特徴とする請求項１に記載の使用方法。